張洋洋

(1.中煤科工生態(tài)環(huán)境科技有限公司唐山分公司，河北 唐山 063012；2.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012)

地震映像技術(shù)采用單點(diǎn)激發(fā)、單點(diǎn)接收，沿剖面采集數(shù)據(jù)方式，因其激發(fā)、接收方式以及偏移距保持不變，所以地震剖面記錄上的時(shí)間變化主要為地下地質(zhì)異常體的反映，給資料解釋帶來(lái)極大的方便，操作簡(jiǎn)單、成果圖像直接明確、異常直觀辨認(rèn)及其經(jīng)濟(jì)高效的明顯優(yōu)勢(shì)，在淺部空區(qū)、空洞、溶洞等的探測(cè)應(yīng)用廣泛，勘探效果顯著[1-7]。本文針對(duì)淺層隱伏空區(qū)的勘測(cè)，闡述了地震映像法的野外工作方法、原理及其數(shù)據(jù)處理，分析了其在淺層隱伏空區(qū)勘測(cè)中的實(shí)際效果，驗(yàn)證了地震映像法對(duì)淺層隱伏空區(qū)探測(cè)的可行性。

1 工程概況

勘測(cè)區(qū)域地表覆蓋10 m左右的雜填土，本文主要針對(duì)淺層0～50 m的由于礬土礦開(kāi)采形成的隱伏空區(qū)進(jìn)行探測(cè)。在開(kāi)采淺部急傾斜或傾斜礬土?xí)r，由于礬土礦的頂?shù)装寰鶠橛操|(zhì)的粗砂巖，而礬土的硬度相對(duì)較小，有可能發(fā)生沿礦層方向的抽冒，當(dāng)抽冒波及到地表時(shí)，則在露頭處的地表將發(fā)生不均勻沉降并且出現(xiàn)空區(qū)，空區(qū)與圍巖的波阻抗存在明顯差異，可以應(yīng)用地震映像技術(shù)對(duì)隱伏空區(qū)進(jìn)行探測(cè)。

2 地震映像探測(cè)技術(shù)

地震映像(共偏移距法)，是基于反射波法中的最佳偏移距技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種常用淺地層勘探方法[8]。這種方法可以利用多種波作為有效波來(lái)進(jìn)行探測(cè)，除常見(jiàn)的折射波、反射波、繞射波外，還可以利用有一定規(guī)律的面波、橫波和轉(zhuǎn)換波。在這種方法中，每一測(cè)點(diǎn)的波形記錄都采用相同的偏移距激發(fā)和接收。在該偏移距處接收到的有效波具有較好的信噪比和分辨率，能夠反映出地質(zhì)體沿垂直方向和水平方向的變化，如圖1所示。

圖1 地震映像法工作原理示意圖

設(shè)水平二層大地模型如圖1所示，L為偏移距，O1、O2為激發(fā)點(diǎn)，S1、S2為接收點(diǎn)。當(dāng)界面水平時(shí)，反射點(diǎn)和接收點(diǎn)中點(diǎn)下的界面上，反射波的傳播時(shí)間與界面深度、圍巖的波速有關(guān)。反射波時(shí)距方程為：

(1)

式中，Z為V1介質(zhì)的厚度；V1為速度；偏移距L為常數(shù)。

地震映像法為地震單道反射。利用介質(zhì)的彈性波速差異來(lái)探測(cè)異常體。人工錘擊地面產(chǎn)生的地震波在向地下傳播過(guò)程中，遇到地下介質(zhì)存在的波速差異時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生反射波并反射回地面。當(dāng)介質(zhì)分布均勻，無(wú)地下空區(qū)、空洞等異常體存在時(shí)，則所得到的同相軸連續(xù)穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)斷、缺失、能量減弱等現(xiàn)象。若地下存在空區(qū)、空洞等不良地質(zhì)情況，則地震波在其分界面上會(huì)產(chǎn)生波的繞射，使得同相軸出現(xiàn)錯(cuò)斷、缺失、能量減弱等現(xiàn)象，從而識(shí)別空區(qū)。

3 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)采集

淺層地震映像法采用Miniseis24A/48A綜合工程地震儀，國(guó)產(chǎn)60 Hz檢波器，人工錘擊震源，坐標(biāo)測(cè)量采用海達(dá)星RTK儀器。進(jìn)場(chǎng)后首先根據(jù)工作區(qū)的地質(zhì)條件、工作條件等進(jìn)行多道檢波器剖面試驗(yàn)，確定最佳偏移距等工作參數(shù)，然后進(jìn)行勘測(cè)。根據(jù)工區(qū)的地質(zhì)條件和工作條件，共布置了1 405個(gè)測(cè)點(diǎn)，28條測(cè)線(xiàn)。

本次淺層地震映像法使用參數(shù)為：震源采用18磅大錘敲擊鐵餅方式，1道檢波器，偏移距24 m，道間距1 m,采樣間隔0.200 ms,記錄長(zhǎng)度800 ms，每個(gè)測(cè)點(diǎn)疊加3次。

3.2 數(shù)據(jù)處理

地震映像數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)濾波、振幅AGC處理和增益調(diào)節(jié)等[9-10]。數(shù)據(jù)濾波的目的是壓制隨機(jī)噪聲提高地震信噪比，振幅AGC處理的主要目的是振幅均衡，削強(qiáng)補(bǔ)弱來(lái)提高信噪比和分辨率，利用增益調(diào)節(jié)來(lái)凸顯目標(biāo)層。對(duì)采集到的地震數(shù)據(jù)的處理主要是對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,去掉干擾信息,獲取高分辨率、高信噪比的時(shí)間剖面,保證地震數(shù)據(jù)和地質(zhì)資料解釋的可靠性。

野外采集的數(shù)據(jù)經(jīng)軟件處理，生成地震映像時(shí)間剖面圖。剖面圖橫坐標(biāo)表示測(cè)線(xiàn)距離(m)，縱坐標(biāo)表示傳播時(shí)間(ms)。通過(guò)地震映像成果圖獲得異常的平面位置及垂直深度。

4 地震映像成果

D1測(cè)線(xiàn)地勢(shì)比較平坦，全長(zhǎng)37 m。該測(cè)線(xiàn)地震映像如圖2所示，從地震反射時(shí)間剖面看，同相軸整體的連續(xù)性較好，其中,19～24段100 ms處同相軸呈現(xiàn)異常反映，同相軸呈現(xiàn)錯(cuò)斷，能量減弱，甚至缺失，出現(xiàn)“脫空區(qū)”現(xiàn)象，波組抗特征與兩側(cè)存在著明顯的差異，局部存在反射波混亂現(xiàn)象，推斷為空區(qū)引起的，根據(jù)前期現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得地震波在地表淺層平均速度約為430 m/s，將所測(cè)數(shù)據(jù)代入反射波時(shí)距方程，計(jì)算可得測(cè)線(xiàn)D1異常頂部的深度約為18 m，經(jīng)驗(yàn)證，探測(cè)結(jié)果比較準(zhǔn)確。

圖2 測(cè)線(xiàn)D1地震映像波形圖

D2測(cè)線(xiàn)地勢(shì)比較平坦，全長(zhǎng)57 m。該測(cè)線(xiàn)地震映像如圖3所示，從地震反射時(shí)間剖面看，同相軸整體的連續(xù)性較好，其中，15～17段和31～34段100 ms處同相軸呈現(xiàn)異常反映，同相軸出現(xiàn)明顯錯(cuò)斷，能量減弱，甚至缺失，出現(xiàn)“脫空區(qū)”現(xiàn)象，波組抗特征與兩側(cè)存在著明顯的差異，局部存在繞射波現(xiàn)象，推斷這兩處為空區(qū)引起的，根據(jù)前期現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得地震波在地表淺層平均速度約為430 m/s，將所測(cè)數(shù)據(jù)代入反射波時(shí)距方程，計(jì)算可得測(cè)線(xiàn)D2異常頂部的深度約為18 m，經(jīng)驗(yàn)證，探測(cè)結(jié)果比較準(zhǔn)確。

圖3 測(cè)線(xiàn)D2地震映像波形圖

5 結(jié) 論

(1)地震映像技術(shù)是淺層地震勘探技術(shù)中采用單點(diǎn)激發(fā)、單點(diǎn)采集，偏移距不變的一種技術(shù)應(yīng)用，空區(qū)與圍巖的波阻抗差異較大時(shí)，該方法可對(duì)淺部的隱伏采空區(qū)進(jìn)行有效探測(cè)。

(2)地震映像時(shí)間剖面圖所反映的同相軸錯(cuò)動(dòng)、缺失，能量減弱，出現(xiàn)“脫空區(qū)”等異常特征，可作為本礦區(qū)范圍內(nèi)淺層隱伏空區(qū)的識(shí)別標(biāo)志。

(3)地震映像技術(shù)應(yīng)用人工錘擊震源時(shí)，探測(cè)深度較淺，在異常體與圍巖的波阻抗差異相差不大或埋深比較大時(shí)，不宜使用。